LES BRULEURS FIOUL DOMESTIQUE Génie Climatique 2012 LES BRULEURS FIOUL DOMESTIQUE

Présentation générale des brûleurs fioul. Technologie des brûleurs fioul.

Présentation générale des brûleurs fioul. Rôle d’un brûleur fioul. Les différents types de brûleurs fioul.

Rôle d’un brûleur fioul. Un brûleur fioul est un appareil qui permet : Quoi ? De créer, développer et entretenir une flamme. Où ? A la tête de combustion. Comment ? De façon économique, automatique, sécuritaire et non polluante.

Rôle d’un brûleur fioul. Pour créer la flamme, il faut réaliser le triangle du feu ( combustible, comburant, chaleur ). Il faudra donc : - amener le fioul, - amener l’air, - mélanger l’air et le fioul dans une bonne proportion, - porter le mélange à la température d’inflammation. Pour entretenir la flamme, il suffira : - de continuer d’amener l’air et le fioul en bonne proportion.

Rôle d’un brûleur fioul. Pour maintenir la flamme, à la tête de combustion, il faudra : - éviter que la flamme « décroche », - éviter que la flamme rentre dans le brûleur. Pour fonctionner de façon économique, il faudra : ajuster la quantité de fioul aux besoins, le brûler le mieux possible en amenant juste l’air nécessaire, utiliser au mieux la chaleur fournie par la flamme.

Rôle d’un brûleur fioul. Pour fonctionner de façon automatique, il faudra : - assurer automatiquement la demande de mise en marche et d’arrêt du brûleur, effectuer automatiquement les cycles de démarrage et d’arrêt du brûleur. Pour fonctionner de façon sécuritaire , il faudra : assurer l’arrêt et le verrouillage automatique du brûleur en cas de dysfonctionnement. Pour fonctionner de façon non polluante, il faudra : - que les rejets à l’atmosphère soient inférieurs aux normes en vigueur.

Les différents types de brûleurs fioul. Il existe deux grands types de brûleurs fioul : Les brûleurs à pulvérisation où le fioul est pulvérisé en très fines gouttelettes. - brûleur à coupelle rotative, - brûleur à pulvérisation par pression d’huile, - brûleur à fluide auxiliaire. Les brûleurs à caléfaction où le fioul liquide est transformé en gaz. Nous traiterons ici du brûleur à pulvérisation par pression d’huile. (brûleur équipé d’une pompe fioul et d’un ou plusieurs gicleurs.)

Technologie des brûleurs fioul. Le circuit combustible. Le circuit aéraulique. Le circuit de mélange, la tête de combustion. Les organes électriques. Les organes de sécurités et de commandes.

Le circuit combustible. Le rôle du circuit combustible est d’amener le fioul du stockage au gicleur du brûleur.

La pompe fioul. La pompe fioul a plusieurs rôles : aspirer le fioul qui se trouve dans la cuve, mettre en pression le fioul au niveau du gicleur pour une bonne pulvérisation. Aspiration du fioul Mise en pression du fioul

La pompe fioul. Les pompes utilisées sont à engrenages. Les deux types de pompes à engrenages : pompe à croissant, - pompe à engrenage trochoïdes.

Obturation du passage du fioul La pompe fioul. Le régulateur de pression. Afin de maintenir une pression stable au gicleur et de renvoyer le fioul excédentaire à la cuve, la pompe est munie d’un régulateur de pression composé d’un piston maintenu fermé par un ressort réglable. Obturation du passage du fioul Piston Ressort Vis de réglage de la pression du ressort

La pompe fioul. Fonctionnement du régulateur. Quand la pompe commence à être entraînée, la pression du fioul n’a pas atteint la consigne de réglage et le régulateur obture le passage du recyclage du fioul. Obturation du passage

La pompe fioul. Quand la pression de fioul atteint la valeur de réglage, le régulateur libère le passage du recyclage afin de renvoyer l’excédent de fioul et de maintenir une pression constante. Recyclage du fioul

Les électrovannes fioul. La pompe fioul. Les électrovannes fioul. Les électrovannes fioul peuvent être placées : Sur la ligne gicleur L’électrovanne est fermée hors tension L’électrovanne est ouverte sous tension

Les électrovannes fioul. La pompe fioul. Les électrovannes fioul. Intégrée dans la pompe L’électrovanne est ouverte hors tension L’électrovanne est fermée sous tension

Pompe sans électrovanne. La pompe fioul. Pompe sans électrovanne.

La pompe fioul. Afin de pouvoir contrôler son fonctionnement et régler la pression de fioul, la pompe est équipée de prises manométriques. Mesure de pression Mesure d’aspiration manomètre de pression vacuométre

La pompe fioul. Pour garantir son bon fonctionnement et empêcher sa détérioration, la pompe est munie d’un filtre placé à l’aspiration du fioul. filtre fioul

La pompe fioul. Pompe en coupe

La pompe fioul.

La pompe fioul.

Quelques filtres de pompe La pompe fioul. Quelques filtres de pompe

La pompe fioul. Choix d’une pompe. Lors du remplacement d’une pompe, il faut prendre en compte plusieurs critères : Le sens de rotation se repère l’axe de la pompe face à soi. rotation droite rotation gauche

La pompe fioul. Le débit, la vitesse de rotation, la plage de pression, la sortie gicleur et les diamètres de l’axe et du moyeu sont donnés dans des tableaux constructeur.

La pompe fioul. Les différents accessoires de pompe. Les accouplements permettent de raccorder la pompe à l’axe du moteur.

La pompe fioul. Les garnitures garantissent l’étanchéité au niveau de l’arbre. ATTENTION, les garnitures étant lubrifiées par le fioul, il est déconseillé de faire tourner la pompe « à sec ».

Remplacer la bobine par une de tension identique. La pompe fioul. Noyaux et bobines d’électrovanne. ATTENTION Remplacer la bobine par une de tension identique.

Joints plats type papier La pompe fioul. Les joints de couvercle permettent l’étanchéité au niveau du couvercle. Joint torique Joints plats type papier

Le circuit aéraulique. Rôle. Le rôle du circuit aéraulique est d’acheminer l’air nécessaire à la combustion et d’en régler le débit.

Le circuit aéraulique. Turbine volute ouie air

Le circuit aéraulique. L’ouie L’ouie est l’endroit du brûleur où l’air est aspiré. ouie

Le circuit aéraulique. Le ventilateur. Le seul rôle du ventilateur est d’alimenter le brûleur en air de combustion. Le ventilateur centrifuge est composé de : - la volute, - la turbine.

Le circuit aéraulique. La volute définit le sens de rotation de la turbine et donc du moteur et de la pompe pour les brûleurs fioul.

Le circuit aéraulique. Quel sens de rotation devra avoir la turbine ? 2 3 4 1

Le circuit aéraulique. En fonction du sens des pales et du sens de rotation, il existe deux sortes de turbine. Pales à action Pales à réaction

Le circuit aéraulique. Quels sont les sens de rotation et les types de turbine représentés ci-dessous ? 2 1 Pales à réaction Pales à action 4 3 Pales à action Pales à réaction

Q Q Le circuit aéraulique. L’inversion du sens de rotation de la turbine modifie le débit d’air, mais pas le sens du flux. Q Q Le sens de rotation sera obligatoirement vérifié lors de la mise en service d’un brûleur équipé d’un moteur triphasé (utilisé principalement en moyenne puissance).

Le circuit aéraulique. Le registre d’air équipé d’un disque, d’un diaphragme ou d’un ou plusieurs volets est situé sur l’aspiration ou sur le refoulement du ventilateur et permet de régler le débit d’air de combustion en créant une perte de charge sur le circuit aéraulique. Le registre pourra être fixe où motorisé. La motorisation sera effectuée par un vérin hydraulique ou un servomoteur. Certain registre sont équipés d’un clapet anti-balayage.

Le circuit aéraulique. Registre sur l’aspiration Registre sur le refoulement

Le circuit aéraulique. Commande des registres. Par servomoteur Par vérin Par servomoteur fixe

Le circuit aéraulique. Certains brûleurs sont équipés d’un clapet anti-balayage afin d’empêcher, à l’arrêt, la circulation d’air dans la chaudière. Clapet anti-balayage Le clapet s’ouvre par la pression ou l’aspiration d’air et se referme à l’arrêt par son propre poids ou par un ressort de rappel. Il est important de positionner correctement le brûleur sur la chaudière afin d’assurer la fermeture du clapet lorsque le brûleur est arrêté.

Le circuit de mélange. Il met en présence et mélange intimement le carburant et le comburant, il allume le mélange, il maintient la combustion au bout du brûleur. La pièce essentielle du circuit de mélange est le déflecteur ou accroche flamme.

Le circuit de mélange. Le tube d’air La ligne porte gicleur et le gicleur Le déflecteur ou accroche flamme Les électrodes et le câble haute tension

Le circuit de mélange. L’air arrive par le tube d’air Une partie de l’air qui traverse le déflecteur est mise en rotation par les fentes usinées dans le déflecteur Le reste, appelé air secondaire, passe entre le tube et le déflecteur Les étincelles d’allumage sont générées entre les électrodes

Le circuit de mélange. La pression dynamique de l’air crée une différence pression entre les deux faces du déflecteur. Le fioul pulvérisé est mis en rotation par le gicleur et se mélange intimement à l’air de combustion. p p

Le circuit de mélange. Dés l’apparition de la flamme, la différence de pression stabilise le front de flamme très près du déflecteur. Après la stabilisation de la combustion, l’arc électrique est arrêté.

Le circuit de mélange. Peu d’air secondaire : flamme courte.

Le circuit de mélange. Beaucoup d’air secondaire : flamme longue

Le circuit de mélange. Points d’attention Position du déflecteur par rapport au gicleur BON

Le circuit de mélange. Points d’attention Position du déflecteur par rapport au gicleur MAUVAIS Pulvérisation derrière le déflecteur

Le circuit de mélange. Points d’attention Position des électrodes BON

Le circuit de mélange. Points d’attention Position des électrodes MAUVAIS Amorçage sur le déflecteur

Le circuit de mélange. Points d’attention Position des électrodes MAUVAIS Amorçage sur le gicleur

Les organes électriques. Les organes électriques composant un brûleur peuvent êtres classés en trois catégories : - Les organes commandés, - Les organes de commande, - Les organes de sécurité.

Les organes électriques. Les organes commandés peuvent être classés en fonction des circuits sur lesquels ils sont affectés : - circuit d’allumage du mélange air/fioul, - circuit fioul, - circuit air.

Les organes électriques. Cellule TH Servomoteur Ligne gicleur réchauffée Thermostat chaudière info Coffret de sécurité ordre Électrovanne Transformateur H.T. Voyant défaut EV M Moteur C Compteur horaire

Les organes électriques. Le transformateur haute tension. Il élève la tension de 230 V à 1 ou 2  5 000 ou 7 000 V afin de pouvoir créer un arc électrique au niveau des électrodes d’allumage. Il peut être intermittent (transformateur sous tension uniquement lors de l’allumage ) ou permanent (transformateur sous tension tout le temps du fonctionnement du brûleur). Son contrôle peut s’effectuer à l’aide d’un éclateur.

Les organes électriques. Schéma de principe du transformateur haute tension. 240 V 7 500 V 15 000 V ~ Alimentation Transformateur Primaire Secondaire Electrodes

Les organes électriques. Schéma de principe du transformateur haute tension. 240 V 10 000 V ~ Alimentation Transformateur Electrodes Primaire Secondaire

Les organes électriques. Schéma de principe du transformateur haute tension. 240 V 10 000 V ~ Alimentation Transformateur Electrode Primaire Secondaire

Les organes électriques. Le réchauffeur de ligne gicleur. Il élève et maintient en température le fioul à pulvériser. L’élévation de la température du fioul permet de diminuer sa viscosité. La viscosité diminuant, le débit de fioul à travers le gicleur diminue. Le but du réchauffeur est de diminuer la puissance du brûleur et on ne trouve un réchauffeur que sur les brûleurs de petite puissance.

Les organes électriques. Le réchauffeur de ligne gicleur. 14 - 13 - 12 - 11 - 10 - 9 - 8 - 7 - 6 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 - Fioul à 20 °C viscosité: 6,4 cSt Fioul à 60 °C viscosité: 2,8 cSt 10 20 30 40 50 60 70 80

Les organes électriques. Le réchauffeur de ligne gicleur. Autres avantages induits par la présence du réchauffeur : Facilité des allumages car la température du fioul est proche de son point d’éclair. Pour les cuves extérieure, il n’y a plus d’influence de la température extérieure. Stabilité du débit du gicleur quelque soit la qualité du fioul approvisionné. Possibilité d’optimiser les réglages de combustion.

Les organes électriques. Le réchauffeur de ligne gicleur. 14 - 13 - 12 - 11 - 10 - 9 - 8 - 7 - 6 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 - Ecart de viscosité à 20 °C : 2,4 cSt Ecart de viscosité à 60 °C : 0,9 cSt 10 20 30 40 50 60 70 80

Les organes électriques. Le réchauffeur de ligne gicleur. θ Alimentation permanente dès que le brûleur est sous tension N Ph

Les organes électriques. Le réchauffeur de ligne gicleur. θ Alimentation permanente dès que le brûleur est sous tension Alimentation du coffret de sécurité si la température est atteinte N Attention: si le réchauffeur est en panne, le brûleur ne peut pas démarrer. Ph Ph

Les organes électriques. L’électrovanne. Elle ouvre ou ferme le passage du fioul vers le gicleur. Elle peut être fermée ou ouverte sous tension. Elle peut se situer sur la ligne gicleur ( ouverte sous tension ) ou sur la pompe fioul ( fermée ou ouverte sous tension ).

Les organes électriques. L’électrovanne. Principe de l’électrovanne ouverte sous tension ( NF ). 0 V

Les organes électriques. L’électrovanne. Principe de l’électrovanne ouverte sous tension ( NF ). 240 V

Les organes de sécurités et de commandes. Le compteur horaire. Il comptabilise les heures de présence de la flamme dans le foyer de la chaudière. Il peut se situer sur le brûleur mais le plus souvent sur la chaudière ou le coffret de commande. Dans le cas d’un brûleur à plusieurs allures, il est nécessaire d’avoir autant de compteurs que d’allures.

Les organes électriques. Le moteur électrique. Il entraîne la turbine du ventilateur ainsi que la pompe fioul. Il peut être monophasé ou triphasé. Dans le second cas, il est nécessaire de vérifier le sens de rotation.

Les organes électriques. Le moteur asynchrone monophasé. Ph N Enroulement de travail Enroulement de démarrage Condensateur

Les organes électriques. Le moteur asynchrone monophasé. Ph N Enroulement de travail Enroulement de démarrage Condensateur T

Les organes électriques. Le moteur asynchrone triphasé. Le couplage et le sens de rotation sont à déterminer au branchement du moteur

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. Il ouvre, règle et ferme le volet de réglage d’air de combustion du brûleur (s’il existe).

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. L’actionneur est un moteur électrique réversible.

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. N O F arrêt L’actionneur est un moteur électrique réversible. Principe : Si les bornes O ou F sont hors tension, le moteur ne tourne pas et le volet d’air ne bouge pas.

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. N O F ouverture L’actionneur est un moteur électrique réversible. Principe : Si l’alimentation se fait sur la borne ouverture, le moteur tourne et le volet d’air s’ouvre.

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. N O F fermeture L’actionneur est un moteur électrique réversible. Principe : Si l’alimentation se fait sur la borne fermeture, le moteur tourne et le volet d’air se ferme.

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air.

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air.

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air.

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air.

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. M

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. M

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. M

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. M

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. M

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. L’actionneur est un vérin hydraulique.

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. Fermeture

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. Ouverture petite allure

Les organes électriques. Le servomoteur de volet d’air. Ouverture grande allure

Les organes électriques. Les électrodes d’allumage. Constituées de porcelaines isolantes et de tiges métalliques, elles sont reliées au transformateur haute tension par une extrémité et créent un arc électrique dans le flux d’air à l’autre extrémité. 240 V ~ 15000 V

Les organes électriques. Les électrodes d’allumage. Elles peuvent être séparées préformées Séparées à former Mono bloc Leur forme est adaptée à la technologie du brûleur

Les organes de sécurités et de commandes. Le voyant de défaut De couleur rouge, il avertit l’utilisateur ou le technicien du verrouillage du coffret lors de sa mise en sécurité suite à un dysfonctionnement du brûleur. Il se situe sur le coffret lui-même et est toujours visible sans aucun démontage. Un report d’alarme est possible sur le tableau de commande ou sur la chaudière.

Les organes de sécurités et de commandes. Organes de détection de présence de flamme. Ils contrôlent l’allumage, le maintien et l’extinction de la flamme. On utilise des cellules photo-résistantes , dont la résistance varie avec la luminosité. Dans le noir, leur résistance est très grande (comme un contact électrique ouvert). Leur résistance est pratiquement nulle en pleine lumière (comme un contact électrique fermé). Attention: ces cellules réagissent à toutes les lumières y compris les lumières parasites (éclairage, soleil, autre flamme).

Les organes de sécurités et de commandes. ∞ Ω

Les organes de sécurités et de commandes. Lumière ∞ Ω

Les organes de sécurités et de commandes. Organes de détection de présence de flamme. Sur les brûleurs mixtes ou à flamme bleue, la luminosité étant plus faible on utilise. La cellule UV ou tube de décharge. La cellule à scintillement ou infrarouge.

Les organes de sécurités et de commandes. Organes de détection de présence de flamme. _ + + μA

Les organes de sécurités et de commandes. Organes de détection de présence de flamme. _ + + μA

Les organes de sécurités et de commandes. Organes de détection de présence de flamme. U.V. _ + + μA

Les organes de sécurités et de commandes. Organes de détection de présence de flamme. _ + + μA

Les organes de sécurités et de commandes. Organes de détection de présence de flamme. Lumière _ + + μA

Les organes de sécurités et de commandes. Organes de détection de présence de flamme. Electrodes d’allumage _ + + μA

Les organes de sécurités et de commandes. Organes de détection de présence de flamme. Electrodes d’allumage U.V. _ + + μA

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Il gère le fonctionnement et la sécurité du brûleur. Il est appelé aussi boîte de contrôle ou relais de sécurité.

Pré balayage avant allumage Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Conditions de fonctionnement. Débit < à 30 kg/h Débit de 30 à 200 kg/h Pré balayage avant allumage Facultatif S’il existe: durée minimum 5s avec débit d’air 1° allure Obligatoire durée minimum 15s, avec débit d’air 1° allure ou 25% minimum de la puissance nominale Rallumage Il y a tentative de rallumage après disparition accidentelle de la flamme en régime établi. Vérrouillage L‘alimentation combustible est coupée et le coffret verrouillé si la flamme n’apparaît pas à l’expiration du temps de sécurité soit lors du démarrage, soit lors d’une tentative de rallumage.

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Conditions de fonctionnement. Les fabricants de coffrets prévoient la pré ventilation. Exemple : Pré ventilation par relais thermique. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Conditions de fonctionnement. Les fabricants de coffrets prévoient la pré ventilation. Exemple : Pré ventilation par relais thermique. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Conditions de fonctionnement. Les fabricants de coffrets prévoient la pré ventilation. Exemple : Pré ventilation par relais thermique. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Conditions de fonctionnement. Les fabricants de coffrets prévoient la pré ventilation. Exemple : Pré ventilation par relais thermique. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Conditions de fonctionnement. Les fabricants de coffrets prévoient la pré ventilation. Exemple : Pré ventilation par relais thermique. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Temps maximal de sécurité. Débit de combustible en kg/h Temps maximal de mise en sécurité en seconde Au démarrage En cours de fonctionnement Brûleur 1 allure Jusqu’à 30 15 De 30 à 200 5 1 Brûleurs 2 allures DE 30 à 200 1° allure < à 30 1° allure > à 30

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Allumage normal. Pré ventilation et pré allumage. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Allumage normal. allumage et post allumage. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Allumage normal. Acquisition de la flamme arrêt de l’allumage. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Allumage normal. Allure établie. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Arrêt de la demande. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Démarrage sans allumage. Pré ventilation et pré allumage. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Démarrage sans allumage. Essai d’allumage, début du temps de sécurité. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Démarrage sans allumage. Pas de présence de flamme. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Démarrage sans allumage. Verrouillage du coffret en sécurité après le temps de sécurité. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Le coffret de sécurité. Démarrage sans allumage. Le coffret ne peut être réarmé que manuellement. M θ

Les organes de sécurités et de commandes. Diagramme du cycle de fonctionnement. Position actuelle dans le cycle S1 : aquastat chaudière T1 : transformateur d’allumage F1 : aquastat de sécurité Y1 : électrovanne combustible 1ère allure OH : réchauffeur de ligne Y2 : électrovanne combustible 2ème allure OW : thermostat réchauffeur B3 : cellule photo résistante M1 : moteur brûleur

Les organes de sécurités et de commandes. La symbolisation. Position actuelle dans le cycle Les barres hachurées symbolisent les informations entrant dans la boîte de contrôle. Les barres pleines symbolisent les ordres donnés par la boîte de contrôle aux différents organes du brûleur.

Les organes de sécurités et de commandes. Les différents temps. Position actuelle dans le cycle tw: : temps de préchauffage du fioul. t1 : temps de préventilation t2 : temps de sécurité. t3 : temps de pré-allumage. t3n : temps de post-allumage. fin t4 : libération régulation 2ème allure.

Les organes de sécurités et de commandes. Préventilation. Position actuelle dans le cycle

Les organes de sécurités et de commandes. Allumage du transformateur HT. Position actuelle dans le cycle

Les organes de sécurités et de commandes. Ouverture EV 1, contrôle présence de flamme. Position actuelle dans le cycle Position actuelle dans le cycle

Les organes de sécurités et de commandes. Arrêt du transformateur HT, ouverture EV 2. Position actuelle dans le cycle Position actuelle dans le cycle

Les organes de sécurités et de commandes. Mise en sécurité lors de l’allumage. Position actuelle dans le cycle